冬奧會賽場上，花樣滑冰和速度滑冰因其俱佳的觀賞性頻頻沖上網(wǎng)絡熱搜。花樣滑冰運動員為什么穿著溜冰鞋還可以做這么多高難度的動作？他們轉(zhuǎn)圈圈后為什么不會頭暈？哪些物理常識可以幫助他們提高訓練成績……面對網(wǎng)友們拋出的眾多問題，本期“好奇心實驗室”，記者采訪了相關專家。

問題一：花樣滑冰運動員可以在冰面上一直轉(zhuǎn)圈圈并做出高難度動作，而普通人為什么轉(zhuǎn)幾圈都會暈呢？

南醫(yī)大附屬明基醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科副主任醫(yī)師黃潔告訴記者，首先，需要了解我們在轉(zhuǎn)圈圈時為什么會頭暈。人體通過視覺、本體覺和內(nèi)耳前庭器官分別將軀體位置及運動的信息經(jīng)感覺神經(jīng)傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，整合后做出位置的判斷，并通過運動神經(jīng)傳出，調(diào)整身體和眼球的位置，維持平衡和視物的穩(wěn)定。前庭功能正常的人在做簡單的旋轉(zhuǎn)運動時，不會有眩暈，但當這種刺激過強，超出前庭系統(tǒng)處理能力時，機體就會感覺眩暈，嚴重時還會有惡心、嘔吐等不適。但是，對于外周前庭功能損害、前庭功能下降的患者來說，由于前庭系統(tǒng)處理運動信息能力不足，無論靜止還是運動狀態(tài)，他們都有可能感覺周圍物體旋轉(zhuǎn)或者自身不穩(wěn)感，無法穩(wěn)定注視外周目標甚至跌倒。

對于花樣滑冰運動員來講，需要完成快速旋轉(zhuǎn)、運動中跳躍等高難度動作。比如羽生結弦挑戰(zhàn)的4A動作，也就是阿克塞爾四周跳，就需要在起跳至落地之間不足1秒的時間內(nèi)，完成4周跳，并且以自身5-8倍體重的力量著地。在這個過程中，需要運動員對肢體運動很好控制。這個動作的難點是，除了需要強大的肌肉骨骼系統(tǒng)支撐外，前庭系統(tǒng)的訓練尤其重要。

眼球震顫是在肢體運動或視物追蹤等情況下維持視物穩(wěn)定的常見的眼球運動，比如旋轉(zhuǎn)中眼震、旋轉(zhuǎn)后眼震、視動性眼震、視動后眼震。當運動員需要做更高難度的動作時，這時候誘發(fā)出的眼球運動就屬于前庭刺激誘發(fā)的眼震，這些都屬于生理性眼震。運動員在場上優(yōu)美的身姿往往來源于自幼長期的訓練，面對勻速運動、結合身體姿勢進行變速運動時也有一些訓練小技巧，這都屬于前庭習服。

何為前庭習服？黃潔解釋，前庭習服指前庭系統(tǒng)受到一系列相同的刺激后，所表現(xiàn)出來的反應性逐漸降低的現(xiàn)象。人的前庭感受器官共有2個，分別位于左右內(nèi)耳內(nèi)，且潛力非常大，即使單側(cè)前庭感受器官受損，另一側(cè)健康的前庭感受器官也具有強大代償能力，一段時間后可以完全恢復平衡的感覺，如果再加以訓練，前庭功能則會恢復得更快更好。

需要進行相關前庭功能訓練的還有飛行員或者宇航員。他們面對特殊的飛行需要和重力環(huán)境，要求會更高，根據(jù)需要去訓練，達到飛行任務要求才行。人們的前庭功能本身條件不一樣，就像高矮胖瘦，個體在單位時間內(nèi)達到的功能狀態(tài)也不一樣，所以需要進行篩選后再訓練。

問題二：為什么冰上運動員穿上冰鞋可以在冰面上進行高速運動或完成高難度動作，而有些動作我們穿著普通鞋子在水泥地面上卻難以實現(xiàn)？

東南大學物理學院董帥教授表示，滑冰運動員能在冰面上高速運動得益于較小的摩擦阻力。一方面，冰面相較于普通路面更加光滑；另一方面，裝在冰鞋底下冰刀底面積很小，所以作用在冰面上的壓強很大(壓強等于壓力除以面積，壓力近似等于運動員重量加上蹬地的力)。在冰刀與冰面的界面微小區(qū)域上，壓力會將冰融化成水(水的密度比冰低，因此高壓下冰會融化)，使冰刀與冰之間的摩擦變成濕摩擦，摩擦力降得更低。這就使得運動員在使用正確的蹬冰姿勢時，只需要更小的力就能獲得比在地面上更大的加速度。而普通的鞋子底面積大，無法產(chǎn)生高壓融化水。

從物理學上看，花樣滑冰運動員在完成旋轉(zhuǎn)動作時需要有角動量。角動量越大，轉(zhuǎn)得越快，才能在落地之前完成更多周次的旋轉(zhuǎn)。而角動量乘上轉(zhuǎn)動半徑等于線速度，所以轉(zhuǎn)動之前需要首先獲得較高的水平速度，然后通過冰刀蹬地，獲得較大的轉(zhuǎn)矩，將水平速度轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動速度。普通地面一般很難達到如此大的水平速度，而且較大的轉(zhuǎn)矩對蹬地時發(fā)力也有很高要求，冰刀長度比腳要長，更有利于獲得轉(zhuǎn)矩。

拋舉過程需要兩人具有幾乎一樣的速度，在普通地面如輪滑可能可以實現(xiàn)，但持奔跑或者走路速度時，人身體前后擺動幅度過大，難以操作。

普通地面因為阻力比較大，落地瞬間水平速度會有劇烈的減速，不容易平穩(wěn)落地，容易磕倒。而冰面阻力小，落地瞬間可以大致保持水平速度，容易穩(wěn)定。當然這個也需要運動員反復練習。

問題三：哪些物理常識可以幫助花樣滑冰運動員提高技能？

董帥告訴記者，在花樣滑冰運動中，當完成空中多周跳時，運動員會離開地面，開始做斜拋運動。轉(zhuǎn)的圈數(shù)主要決定于兩方面因素，一是滯空時間，二是轉(zhuǎn)動速度。滯空時間由豎直速度決定，而轉(zhuǎn)動速度與水平運動速度有關。想轉(zhuǎn)更多圈數(shù)，需要有更大的轉(zhuǎn)矩將水平速度轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)動速度，且離地轉(zhuǎn)動時需要盡量收縮身體半徑，可以提高轉(zhuǎn)動速度。在總速度一定的情況下，合理分配豎直速度和水平速度，并不是跳得越高轉(zhuǎn)的圈數(shù)就一定越多。